Лабораторная работа

Интерференция света

Теоретический минимум

· Плоская световая волна. Монохроматичность и когерентность световых волн.

· Интерференция световых волн. Оптическая разность хода световых волн.

· Способы наблюдения интерференции света.

· Интерференция света в тонких пленках. Полосы равной толщины и равного наклона.

· Кольца Ньютона.

· Просветление оптики. Интерферометр Майкельсона.

Контрольные задания

Вариант 1

1. Интерференция световых волн. Монохроматичность и когерентность световых волн.

2. На ступенчатую стеклянную пластину, перпендикулярно ее поверхности, падает световой пучок, который после отражения от пластины собирается линзой. Длина падающей волны λ. При каком наименьшем значении высоты ступеньки d интенсивность в фокусе линзы будет минимальной?

3. Расстояние между двумя щелями в опыте Юнга равно 1 мм, расстояние от щелей до экрана 3 м. Определить длину волны света, если ширина полос интерференции на экране равна 1,5 мм.

4. Плосковыпуклая линза в установке для получения колец Ньютона имеет радиус кривизны 4 м. Радиус пятого светлого кольца в отраженном свете составляет 3 мм. Чему равна длина волны падающего монохроматического света?

5. Пучок белого света падает нормально на стеклянную пластинку, толщина которой d=0,4 мкм. Показатель преломления стекла n=1,5. Какие длины волн, лежащие в пределах видимого спектра (от 400 до 700 нм), усиливаются в отраженном пучке?

Вариант 2

1. Интенсивности максимумов и минимумов в случае интерференции света. Условия интерференционных максимумов и минимумов.

2. Одна сторона стеклянного клина закрыта экраном с двумя щелями, как показано на рисунке. На клин, перпендикулярно его поверхности, падает световой пучок, который после прохождения клина собирается линзой. Длина падающей волны ; в стекле она меньше, и равна . При какой разности толщины клина d около щелей интенсивность света в фокусе линзы будет максимальной?

3. В опыте с зеркалами Френеля расстояние между мнимыми изображениями источника света 0,5 мм, расстояние от них до экрана равно 5 м. Если в наблюдаемом монохроматическом свете ширина полос равна 6 мм, то чему равна длина волны света?

4. Диаметр d₂ второго светлого кольца Ньютона при наблюдении в отраженном свете (λ=0,6 мкм) равен 1,2 мм. Определить оптическую силу D плосковыпуклой линзы, взятой для опыта.

5. За испарением тонкой плёнки спирта (n_сп = 1,36), находящейся на стеклянной пластинке (n_ст = 1,5), наблюдают сверху. В какой-то момент времени плёнка становится красной (λ=700 нм). Чему может быть равна минимальная толщина плёнки в этот момент?

Вариант 3

1. Методы наблюдения интерференции: метод Юнга, зеркала Френеля, бипризма Френеля, зеркало Ллойда.

2. Одна сторона толстой стеклянной пластины имеет ступенчатую поверхность, как показано на рисунке. На пластину, перпендикулярно ее поверхности, падает световой пучок, который после отражения от пластины собирается линзой. Длина падающей волны λ. При каком наименьшем значении высоты ступеньки d интенсивность в фокусе линзы будет максимальной?

3. В опыте Юнга расстояние между щелями равно 0,8 мм. На каком расстоянии от щелей следует расположить экран, чтобы ширина интерференционной полосы оказалась равной 2 мм? Длина волны монохроматического света λ=6,5·10^-7м.

4. Плосковыпуклая линза выпуклой стороной лежит на стеклянной пластинке. Определить толщину d слоя воздуха там, где в отраженном свете (λ=0,6 мкм) видно первое светлое кольцо Ньютона.

5. Плёнку масла (n_м = 1,42) толщиной 200 нм, находящуюся на стеклянной пластинке (n_ст = 1,5), наблюдают сверху. Какого цвета она должна вам казаться? Вычислите соответствующую длину волны.

Вариант 4

1. Расчет интерференционной картины от двух когерентных источников.

2. Одна сторона стеклянного клина закрыта экраном с двумя щелями, как показано на рисунке. На клин, перпендикулярно его поверхности, падает световой пучок, который после прохождения клина собирается линзой. Длина падающей волны ; в стекле она меньше, и равна . При какой разности толщины клина d около щелей интенсивность света в фокусе линзы будет минимальной?

3. Во сколько раз увеличится расстояние между соседними интерференционными полосами на экране в опыте Юнга, если зеленый светофильтр (λ₁ = 0,5 мкм) заменить красным (λ₂ = 0,65 мкм)?

4. Плосковыпуклая линза в установке для получения колец Ньютона имеет радиус кривизны 4 м. Радиус пятого темного кольца в проходящем свете составляет 3 мм. Чему равна длина волны падающего монохроматического света?

5. На толстую стеклянную (n_ст=1,5) пластинку, покрытую очень тонкой пленкой (n_пл=1,4), падает нормально параллельный пучок монохроматического света (λ=0,6 мкм). Отраженный свет максимально ослаблен вследствие интерференции. Определить минимальную толщину d пленки.

Вариант 5

1. Интерференция в тонких пленках. Полосы равной толщины. Кольца Ньютона.

2. Два параллельных све­товых пучка, отстоящих друг от друга на расстоянии d = 5 см, падают на кварцевую призму (n = 1,49) с преломляющим углом a = 25°. Определите оптическую разность хода этих пучков на выходе их из призмы.

3. В опыте с зеркалами Френеля расстояние между мнимыми изображениями источника света равно 0,5 мм, расстояние от них до экрана равно 3 м. Длина волны 0,6 мкм. Определить ширину полос интерференции на экране.

4. На установке для наблюдения колец Ньютона был измерен в отраженном свете радиус третьего темного кольца (k=3). Когда пространство между плоскопараллельной пластиной и линзой заполнили жидкостью, то тот же радиус стало иметь кольцо с номером, на единицу большим. Определить показатель преломления n жидкости.

5. Какую наименьшую толщину должна иметь пластинка, сделанная из материала с показателем преломления n = 1,5, чтобы при ее освещении белым светом, перпендикулярным поверхности пластинки, она казалась в отраженном свете красной (λ = 750 нм)?

Вариант 6

1. Интерференция в тонких пленках. Полосы равного наклона.

2. Свет с длиной волны 0,6 мкм нормально падает на тонкую пленку, нанесенную на стеклянную поверхность. Вследствие интерференции световые волны, отраженные от различных поверхностей пленки гасят друг друга. При какой минимальной разности хода это возможно?

3. В опыте Юнга щели освещались монохроматическим светом с λ=0,6 мкм. Расстояние между щелями равно 1 мм, расстояние от них до экрана L=3 м. Найдите положение второй светлой полосы на экране, считая от центра интерференционной картины.

4. Установка для получения колец Ньютона освещается белым светом, падающим нормально. Найти радиус четвертого синего кольца (λ=400 нм). Наблюдения проводятся в проходящем свете. Радиус кривизны линзы равен 5 м.

5. Пучок белого света падает нормально на нанесенную на стекло пленку. Показатель преломления пленки n = 4/3, а ее толщина d = 600 нм. На каких длинах волн отраженный свет максимально ослабляется?

Вариант 7

1. Просветление оптики. Интерферометр Майкельсона.

2. На пути световой волны, идущей в воздухе, поставили стеклянную пластинку толщиной 5 мм. На сколько изменится оптическая длина пути, если волна падает на пластинку: 1) нормально; 2) под углом α = 30° ?

3. В опыте с зеркалами Френеля расстояние между мнимыми изображениями источника света равно 0,5 мм, расстояние от них до экрана равно 3 м. Длина волны света 0,6 мкм. Определить ширину полос интерференции на экране.

4. Установка для получения колец Ньютона освещается монохроматическим светом с длиной волны 600 нм, падающим нормально к поверхности пластинки. Найти толщину воздушного слоя между линзой и стеклянной пластинкой в том месте, где наблюдается четвертое темное кольцо в отраженном свете.

5. Вода (n_в=1,3) в кастрюле покрыта плёнкой масла (n_м = 1,42) толщиной 500 нм. Какая длина волны будет отсутствовать в отражённом свете, если смотреть на плёнку сверху?